Manipulationen auf atomarer Ebene

[xanrof]

Darstellungen von einzelnen Atomen sind in der Wissenschaft nichts Neues.
Dies geschieht idR mit sog. Rasterkraftmikroskopen. Die frühere Bezeichung war Atomkraftmikroskop, wurde aber aus verständlichen Gründen geändert.
Wobei wichtig zu betonen ist, dass man auf diesen Abbildungen nicht wirklich die Atome sieht. Stattdessen wird mit einer hauchfeinen Sonde die Oberfläche eines Materials Schritt für Schritt abgetastet -gerastert-, um die atomaren Kräfte zu messen. Auf der Abbildung sieht man dann eine regelmäßige Hügel- oder Berglandschaft, wobei die jeweiligen ''Gipfel'' die Positionen der Atome darstellen.



Mit neueren Generationen dieser Geräte, zB dem Rastertunnelmikroskop, ist es auch möglich, die Position von einzelnen Atomen zu verändern. Dies kann man dann jeweils mehrfach durchführen - und wenn man jeden Schritt photografisch dokumentiert und die Bilder zusammenfügt, dann erhält man am Ende einen Film.

IBM hat genau dies gemacht, um zu demonstrieren, welche Möglichkeiten heute realisierbar sind. Herausgekommen ist ein kurzer Clip, in dem eine Figur aus Atomen mit Atomen spielt. Der technische Hintergrund für solche ''Späße'' ist dabei durchaus ein ernsthafter:
Es geht um Computerspeicher auf atomarer Basis.

Hier ein Bericht bei ars-technica:
IBM makes stop-motion film using atoms as pixels | Ars Technica

und hier die Quelle mit dem Film:
IBM News room - 2013-05-01 IBM Research Makes World?s Smallest Movie Using Atoms - United States
(es gibt dort noch weitere Fotos)

Das Video steht natürlich auch auf YT:
https://www.youtube.com/watch?v=oSCX78-8-q0



Die Möglichkeiten, Manipulationen auf atomarer Skala durchzuführen, kennt man nicht erst seit gestern. Neu an dem obigen Beispiel ist sicherlich nur der ''Film'' - eine öffentlichkeits-wirksame Publikation.

Zwei andere Beispiele, Manipulationen auf einer µm-Skala durchzuführen, will hier nicht vorenthalten. Diese wurden zwar mit einer komplett anderen Technik gemacht (der sog. Chemischen Gasphasenabscheidung, CVD), sind aber trotzdem recht nett:



Diese (und noch einige weitere) Bilder stammen von hier:
2003 MicroGraph Winners

[xanrof]

Australische Forscher haben eine Methode praxistauglich gemacht,
um mit einem UV-Laser einzelne Atome abzutragen.

Damit lassen sich einzelne Strukturen in der Größenordnung von 20 Nanometern realisieren. Dies wurde mit einem Diamanten erfolgreich getestet, kann aber auch mit Silizium verwendet werden.
Damit ergeben sich mögliche Anwendungen bei der Chipherstellung.

Bisher war das Problem bei der Verwendung von Laser für solche Aufgaben, daß der Untergrund, wo der Laser-Beam auftrifft, zu stark erhitzt wurde. Damit war die räumliche Auflösung für solche Anwendungen zu gering.
Durch die Wahl einer passenden Wellenlänge für das Laserlicht kann dieser Effekt minimiert werden, die Auflösung wird besser.

Super-resolution atom-by-atom laser machining method allows for making nanoscale devices | KurzweilAI

[Spocky]

Kleinere Wellenlänge, mehr Auflösung, dazu gibts ja auch das allseits beliebte Mikroskopspiel, bei dem man unter grünem Licht etwas gerade unscharf stellt, das dann bei blauem Licht gesochen scharf ist und unter rotem kaum zu erkennen.

Allerdings steigt die Energiemenge mit abnehmender Wellenlänge. Interessant, dass das Material dann ncht trotzdem heißer wird.

[xanrof]

Allerdings steigt die Energiemenge mit abnehmender Wellenlänge. Interessant, dass das Material dann ncht trotzdem heißer wird.

Das hängt damit zusammen, daß das entstehende Plasma die überschüssige Laserenergie absorbiert. Das verhindert eine stärkere Aufheizung.

Das ist ein altes Problem bei der Laser Ablation. Wenn Laser im IR oder VIS Bereich verwendet werden, hat man oft das Problem, daß die lokale Aufheizung Tröpfchen geschmolzenen Materials oder ganze Brocken erzeugt und herausschleudert.

Die kurzen Wellenlängen im UV erzeugen mehrheitlich Plasma.